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SKATE (SKA à Travers ses Eclaireurs)

L’instrument SKA (Square Kilometre Array) est un interféromètre radio qui opérera dans la gamme de fréquence allant de 0,05 à 24 GHz, avec une surface collectrice de 1 km2, et qui sera implanté sur deux sites, en Australie et en Afrique du Sud. La construction se fera en deux phases, dans un premier temps (d’ici 2030) le déploiement de 10% de la surface totale – SKA1-LOW (0,05-0,35 GHz) en Australie et SKA1-MID (0,35-15,4 GHz) en Afrique du sud – puis viendra l’interféromètre complet après 2030. Entre-temps, des instruments dits « éclaireurs », comme LOFAR (dont le cœur est situé aux Pays-Bas) et NenuFAR (en France), vont préparer la communauté à l’utilisation de cet observatoire hors norme.  SKA pourra d’autre part être intégré à des réseaux VLBI (interférométrie à très longue base), offrant par là-même une résolution angulaire et une sensibilité inégalées.

Objectifs

Les questions scientifiques clés que SKA permettra d’aborder concernent (i) la formation des premières étoiles et des premiers trous noirs lors des âges sombres de l’Univers, (ii) la formation des premières galaxies et leur évolution jusqu’à nos jours, (iii) les champs forts de la gravité et les tests de la Relativité Générale, (iv) l’origine du magnétisme cosmique, et (v) la formation planétaire et la recherche de la vie. Etant un instrument très polyvalent, SKA pourra aussi aborder une multitude d’autres sujets outre ces questions clés.

Identité
Données

Le volume des données collectées par SKA – environ  600 PB chaque année – sera sans commune mesure avec celui des instruments actuels. SKA est ainsi qualifié de premier instrument « Exascale ».  Leur traitement nécessitera des ordinateurs ultra-performants (> 100 petaflops), soit au niveau des supercalculateurs les plus puissants actuellement.

L’accès aux données SKA se fera via les « SKA Regional Centers » (dont un centre en Europe qui sera distribué sur plusieurs pays). Ces centres auront la responsabilité d’archiver les données produites par SKA, de les mettre à disposition de la communauté, en fournissant également les outils pour les traiter, et de faciliter l’obtention de données ou produits à valeur ajoutée ainsi que leur analyse.

Environ 50 à 75% du temps d’observation de SKA1 sera dévolu à des projets clés, qui seront des grands projets demandant plus de 1000 heures d’observation (par exemple relevés du ciel). Ces projets sont en cours de définition au sein des 15 groupes de travail scientifiques de SKA (dont un groupe dédié au VLBI). Leur réalisation pourra nécessiter le développement d’outils spécifiques pour atteindre les objectifs voulus

Implication de l’OASU

Le SNO SKATE fournit un cadre commun à SKA et à ses éclaireurs, LOFAR et NenuFAR, pour la mise en œuvre de services à la communauté. Les tâches menées au sein du SNO se déclinent selon six volets: (i) instrumentation, (ii) gouvernance, (iii) opération des instruments, (iv) support aux utilisateurs, (v) archivage, traitement et mise à disposition des données, et (vi) outils algorithmiques et méthodologiques. L’OASU contribue à ces tâches sur des aspects spécifiquement liés à SKA et qui ont trait aux volets (i), (ii) et (vi).

La contribution au niveau instrumental concerne la conception, le développement et la fourniture de sous-systèmes électroniques pour les besoins du projet. Jusqu’en 2017, cette implication s’est manifestée par la participation à la réalisation d’un récepteur intégré pour le réseau d’antennes dense de SKA, prévu pour observer entre 0,35 et 1,45 GHz lors de la phase 2 de l’instrument, ainsi que par des études concernant le récepteur WBSPF, en vue de l’extension jusqu’à 24 GHz de la bande observée par le réseau SKA-MID, également pour la phase 2 de SKA. Depuis 2017, les travaux menés se concentrent sur la conception du récepteur pour la bande 5 (4,6-15.4 GHz) du réseau SKA-MID (phase 1), dont l’OASU a la responsabilité dans le cadre du consortium DISH.

S’agissant de la gouvernance, l’OASU y est impliqué directement à travers la fonction de chef de projet SKA-France d’un de ses membres, tandis qu’un autre membre représente l’Université de Bordeaux au sein du comité SKA-France.

Le développement d’outils algorithmiques et méthodologiques est axé sur les aspects SKA-VLBI. Ce volet se traduit par l’implication dans le groupe de travail VLBI de SKA qui vise notamment à assurer la compatibilité des spécifications techniques de l’instrument eu égard à son utilisation en mode VLBI. Elle concerne également l’étude de la stratégie d’observations SKA-VLBI à visée astrométrique, dans l’objectif de densifier massivement le repère de référence céleste radio.

Collaborations

Le design du télescope a été élaboré par un ensemble de 12 consortia instrumentaux coordonnés par « SKA Organisation » (SKAO), une société de droit britannique basée à Jodrell Bank (Grande Bretagne) et comptant 15 pays membres dont la France. A cette structure a succédé une organisation intergouvernementale « SKA Observatory » qui a pris le relais début 2021 pour conduire la construction et ensuite opérer l’instrument.

Au niveau national, la communauté s’est organisée en créant la Maison SKA-France , un consortium d’établissements publics (dont l’Université de Bordeaux) et d’entreprises, qui est devenue membre de SKAO en 2018, le but de cette structure étant en outre de favoriser la synergie entre science, technologie et industrie. Début 2021, la France a exprimé le souhait de devenir membre de « SKA Observatory ».

S’agissant des aspects SKA-VLBI, la tête de pont est l’institut européen JIV-ERIC , dont la France via le CNRS est membre. Des développements ont en particulier été menés dans le cadre du projet européen JUMPING JIVE (dont le CNRS via le LAB est partenaire).